Geschrieben von Sofia Perez, übersetzt von Selma Mezger
Abb. 1 Seetang ist eine Art von Makroalge, die häufig an Küsten vorkommt. Lyn Ong; fotografischer Druck; Quelle: Pexels
“Wir unterschätzen manchmal den Einfluss der kleinen Dinge.”, sagte Charles W. Chestnutt, afroamerikanischer Autor, Essayist, politischer Aktivist und Anwalt. Offensichtlich war er einer jener eher vorausschauenden Hellseher, die an die Magie der Meeresalgen glaubten, noch bevor das Gebiet der Nanotechnologie zum ersten Mal im Obstgarten der wissenschaftlichen Entdeckung erblühte.
Chestnutt wusste, dass eines Tages die unterschätzten Wälder aus Algen und unsichtbar kleinem Phytoplankton mit nur einer mageren Zelle, die sie ihr Eigen nennen, endlich ihren Platz in unseren Herzen, Laboren, der Medizin und Kosmetik finden würden.
Aus der Perspektive eines Lebewesens, das in einem etwas größeren Maßstab als das Phytoplankton lebt, ist es schwierig, wirklich zu begreifen, wie viel Leben man in nur einer Tasse Meerwasser finden kann. Dennoch, wenn du es sehen musst, um es zu glauben, kannst du sogar das Beispiel eines Stücks schleimigen, olivgrünen Seetangs nehmen. Auch er ist eine Alge, wenn auch “Makro” und nicht “Mikro”.
Doch während das Wort “Alge” Ekel hervorruft oder allgemein als etwas angesehen wird, das weggespült werden muss, zählen zu den Meeresalgen allerhand, von den Kieselalgen, die etwa 20-50% des Sauerstoffs pro Jahr erzeugen, bis hin zur Rotalge Pyropia, die zum Wickeln von Sushi-Rollen verwendet wird und allgemein als Nori bekannt ist.
Abb. 2 Die Rotalge Pyropia, gemeinhin als Nori bekannt, ist ein weitverbreiteter Bestandteil der japanischen Küche. Emy; fotografischen Druck; Quelle: Unsplash
Obwohl die Nanotechnologie nicht der Anfang der Erfolgsgeschichte der Meeresalgen ist, ist sie definitiv eine bemerkenswerte Errungenschaft in ihrer großen Ruhmeshalle. Natürlich ist die Nanotechnologie ein weiteres dieser “kleinen Dinge” mit einem großen Einfluss, die diejenigen mit einem Sinn für Ironie zum Lachen bringt. Tatsächlich kann ein Nanopartikel eine Größe von 1-100nm im Durchmesser haben, was ungefähr tausendmal kleiner ist als ein Staubkorn. Aufgrund ihres hohen Flächen-Volumen-Verhältnisses und ihrer submikroskopischen Größe werden Nanopartikel überall eingesetzt, von UV-Filtern in Kosmetika bis hin zur gezielten Medikamentenabgabe.
Traditionell (wenn man eine in den 80er Jahren eingeführte Technologie als “traditionell” bezeichnen kann) wurden Nanopartikel entweder durch einen Top-Down-Ansatz synthetisiert, wobei ein großes Stück Material genommen und zerkleinert wurde, oder durch einen Bottom-up-Ansatz, bei dem ein Molekül oder einfaches Salz genommen und chemische Reaktionen durchgeführt wurden, um sie Atom für Atom aufzubauen. Die meisten dieser Methoden führen zu hohen Produktionskosten, hohem Energieeinsatz und der Produktion toxischer Nebenprodukte. Für eine so vielversprechende Industrie ist es jedoch entscheidend, dass eine bessere Synthesemethode etabliert wird. Dennoch, wie jeder früher oder später erfährt, hat der Obstgarten der wissenschaftlichen Entdeckung eine Art an sich, Antworten in Form einer immer längeren Liste von Fragen zu geben. Anstelle von “Was” und “Warum” lautet die Frage nun “Wie” und “Wann”. Das “Wie”: Meeresalgen. Das ‘Wann’: jetzt.
Abb. 3 Algen bieten eine Lösung, um eine umweltfreundlichere und kostengünstigere Alternative zur Nanopartikelsynthese zu schaffen. Quelle 2019: Royal Society of Chemistry
Wenn man nun bedenkt, welch großen Einfluss Algen bereits auf unsere moderne Lebensweise, ja auf die Existenz von Leben überhaupt haben, ist es dann überhaupt verwunderlich, dass sie auch in der Welt der Nanotechnologie Einzug gehalten haben? Wie schon der weise Charles Chestnutt festgestellt hat: “Wir unterschätzen manchmal den Einfluss der kleinen Dinge.”
Sargassum muticum, eine Art der Braunalgen und allgemein als Japanischer Beerentang bekannt, wurde bei der Synthese von Gold- und Silber-Nanopartikeln verwendet, und Diatomeen wie Navicula atomus und Diadesmis gallica wurden bei der Synthese von Gold-Nanopartikeln und Kieselsäure-Gold-Nanokompositen verwendet. Für die Synthese von Silber-Nanopartikeln, die das am weitesten verbreitete antimikrobielle Mittel gegen Bakterien, Pilze und Viren sind, wurden Lynbyga majuscule, Spirulina platensis und Chlorella vulgaris verwendet.
Der Grund für diesen Erfolg ist die beeindruckende Fähigkeit der Algen, mit Hilfe von Biomolekülen Elektronen an Metallionen auf der Zelloberfläche anzureichern und anzuhängen. Diese Moleküle beschleunigen die Reduktion von Metallsalzen in Metall- oder Metalloxid-Nanopartikeln, die dann in der Industrie eingesetzt werden können. Dieser Mechanismus ist von WissenschaftlerInnen noch nicht vollständig erforscht worden, bietet aber eine kostengünstige, ungiftige, umweltfreundliche Alternative zu den typischen Methoden.
Tatsächlich können Nanopartikel über den Einsatz von Meeresalgen hinaus sogar aus Lebensmittelabfällen wie Mangoschalen (Gold-Nanopartikel), Trauben (Silber-Nanopartikel), Orangenschalen (Silber-Nanopartikel) und Hühnereischalen (fluoreszierende Gold-Nanopartikel) hergestellt werden. Es wird zudem angenommen, dass Kaffeewasser, Hausmüll (z. B. Karton, Gartenabfall, Holz usw.), landwirtschaftliche Abfälle und biologisch abbaubare Abfälle verwendet werden könnten.
In Wahrheit gibt es im weiten Unbekannten des Nanopartikel-Universums noch viel zu entdecken, so wie über die Wunder der Algen selbst. Auf dem Weg zu ökologisch und ökonomisch nachhaltigeren Alternativen zu den traditionellen Methoden der Nanopartikelsynthese werden uns diese “kleinen Dinge” jedoch sicherlich weiterhin verblüffen.
Referenzen
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